CN218769681U - 一种高电压内串的软包固态电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高电压内串的软包固态电池，包括连接基板、第一电芯单体结构和第二电芯单体结构，连接基板的一侧直接与第一电芯单体结构的第一正极或者第一负极抵接，或者连接基板的一侧涂覆正极材料层或者负极材料层后，对应与第一电芯单体结构的第一负极或者第一正极通过第三电解质膜连接；连接基板的另一侧直接与第二电芯单体结构的第二负极或者第二正极抵接，或者连接基板的另一侧涂覆负极材料层或者正极材料层后，对应与第二电芯单体结构的第二正极或者第二负极通过第四电解质膜连接。在现有电极材料下对高电压的需求，降低电池模组的重量，从而整体提高能量密度，还可以减少对模组的依赖，从电芯阶段保证串联电池的一致性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种高电压内串的软包固态电池。
背景技术
软包锂电池具有高能量密度，优异的安全性能和倍率性能、长循环寿命等优点。现如今在各个领域，如新能源汽车、电子设备等已经取得了广泛的应用。为了追求更好的电池性能，迫切需要开发出更高电压、更高能量密度的电池。但是在目前，电芯电压受正极材料的限制，无法突破6V；而且现有电芯是单一叠片并联，电芯与电芯之间依靠模组来实现外部串联，这无疑增加了电池重量，不符合轻量化的追求。同时，模组内串联的单体电池的一致性还存在较大差异，这就导致串联后的电池组性能无法达到预期，循环寿命大幅降低。
实用新型内容
针对现有电池电压无法进一步提高、重量无法进一步降低的问题，本实用新型提出一种高电压内串的软包固态电池，一可以解决在现有电极材料下对高电压的需求，二可以降低电池模组的重量，从而整体提高能量密度，三可以减少对模组的依赖，从电芯阶段保证串联电池的一致性。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种高电压内串的软包固态电池，包括连接基板、第一电芯单体结构和第二电芯单体结构，所述连接基板的一侧直接与第一电芯单体结构的第一正极或者第一负极抵接，或者所述连接基板的一侧涂覆正极材料层或者负极材料层后，对应与第一电芯单体结构的第一负极或者第一正极通过第三电解质膜连接；所述连接基板的另一侧直接与第二电芯单体结构的第二负极或者第二正极抵接，或者所述连接基板的另一侧涂覆负极材料层或者正极材料层后，对应与第二电芯单体结构的第二正极或者第二负极通过第四电解质膜连接。
作为优选，所述第一电芯单体结构至少包括一个所述的第一正极、一个所述的第一负极和位于两者之间的第一电解质膜，所述第二电芯单体结构至少包括一个所述的第二正极、一个所述的第二负极和位于两者之间的第二电解质膜。
作为优选，所述第一电芯单体结构的第一正极向外引出第一正极极耳，第一负极向外引出第一负极极耳；所述第二电芯单体结构的第二正极向外引出第二正极极耳，第二负极向外引出第二负极极耳；所述第一正极极耳和所述第一负极极耳延伸至所述第一电芯单体结构的同一侧或者相对的两侧，所述第二正极极耳和所述第二负极极耳延伸至所述第二电芯单体结构的同一侧或者相对的两侧。
作为优选，所述第一正极极耳和所述第二负极极耳位于同一侧，所述第二正极极耳和所述第一负极极耳位于相对的另一侧。
作为优选，当所述第一电芯单体结构内包括多个第一正极或者多个第一负极时，所述第一正极和所述第一负极交替排列，且所述第一正极和所述第一负极之间通过所述第一电解质膜隔开；
和/或所述第二电芯单体结构内包括多个第二正极或者多个第二负极时，所述第二正极和所述第二负极交替排列，且所述第二正极和所述第二负极之间通过所述第二电解质膜隔开。
作为优选，所述第一电解质膜、第二电解质膜、第三电解质膜、第四电解质膜为厚度相同、材料相同的同一种电解质膜。
作为优选，所述第一电解质膜、第二电解质膜、第三电解质膜、第四电解质膜为聚合物固态电解质膜、硫化物固态电解质膜、氧化物固态电解质膜中的一种。
作为优选，所述正极材料层的厚度为10-80um，材料V2O5、LiCoO2、LiNi1-x-yMnxCoyO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiNi0.5 Mn1.5 O4、LiCoMnO4、Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2或LiNi0.8Co0.15Al0.05O2中的一种或两种以上；和/或所述负极材料层的厚度为10-80um，材料为Li或者其合金。
作为优选，所述连接基板为不锈钢片。
作为优选，所述第一正极极耳和所述第二正极极耳为铝箔；和/或所述第一负极极耳和所述第二负极极耳为铜箔。
与现有技术相比，本实用新型的一种高电压内串的软包固态电池的优点在于：
(1)本申请可以在现有材料与技术的基础上，从软包固态电池内部的电芯上满足高电压的需求，减少电池对外部串联模组的依赖，减轻电池整体重量；使用时，引出连接基板同一侧的第一单体电芯结构的第一正极极耳和第一负极极耳可以实现单一电芯的电压；而引出连接基板两侧的第一单体电芯结构的第一正极极耳和第二单体电芯结构的第二负极极耳，则可以实现将连接基板两侧的单体电芯结构串联，使其工作电压比在连接基板单侧的单一电芯提升一倍，从而实现一个软包固态电池对不同电压的需求；
(2)本申请采用聚合物固态电解质电池，可以叠设多个单体电芯结构，进而使软包固态电池能够达到较高的容量要求；
(3)在连接基板的两侧相应涂覆正极材料层和负极材料层，正极材料层与单体电芯结构的负极通过电解质膜隔开，负极材料层与单体电芯结构的正极通过电解质膜隔开，从而充分发挥电池的容量，避免空间浪费；
(4)连接基板两侧的单体电芯结构共用同一连接基板，减少了体积和重量，提高了能量密度；
(5)该高电压内串的软包固态电池的制备方法操作简单，工艺与现有工艺大体无异，便于推广生产。
附图说明
图1为本实施例中高电压内串的软包固态电池的剖面示意图；
图2为本实施例中高电压内串的软包固态电池的平面结构示意图。
图中，1、连接基板；11、正极材料层；12、负极材料层；13、第三电解质膜；14、第四电解质膜；2、第一电芯单体结构；21、第一正极；211、第一正极极耳；22、第一负极；221、第一负极极耳；23、第一电解质膜；3、第二电芯单体结构；31、第二正极；311、第二正极极耳；32、第二负极；321、第二负极极耳；33、第二电解质膜。
具体实施方式
以下实施例对本实用新型作进一步详细描述。
实施例1、
一种高电压内串的软包固态电池，结合图1和图2所示，包括连接基板1、第一电芯单体结构2和第二电芯单体结构3，连接基板1的一侧涂覆有正极材料层11，连接基板1的另一侧涂覆有负极材料层12，第一电芯单体结构2和第二电芯单体结构3分别位于连接基板1的两侧，第一电芯单体结构2与正极材料层11之间通过第三电解质膜13隔开，第二电芯单体结构3与负极材料层12之间通过第四电解质膜14隔开。
其中，软包固态电池采用不锈钢片作为连接基板1，连接基板1的厚度为20μm。正极材料层11的厚度为10-80um，优选为30μm、45um、60μm，材料为V2O5、LiCoO2、LiNi1-x-yMnxCoyO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiNi0.5 Mn1.5 O4、LiCoMnO4、Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2或LiNi0.8Co0.15Al0.05O2中的一种或两种以上；负极材料层12的厚度为10-80um，优选为20μm、40um、60μm，材料为Li或者其合金。第三电解质膜13和第四电解质膜14采用聚合物固态电解质膜，厚度为10-100μm，优选为25μm、35μm、50μm、80μm。
本实施例中，正极材料层11的厚度为45μm，材料为NCM523；负极材料层12的厚度为40μm，材料为Li；第三电解质膜13和第四电解质膜14的厚度均为35μm。
第一电芯单体结构2包括第一正极21、第一负极22和位于两者之间的第一电解质膜23；第二电芯单体结构3包括第二正极31、第二负极32和位于两者之间的第二电解质膜33。本实施例中，第一电芯单体结构2和第二电芯单体结构3完全相同，即第一正极21与第二正极31均采用NCM523，厚度为45μm，第一负极22与第二负极32均采用Li，厚度为40um，第三电解质膜23和第四电解质膜33均为厚度35μm的聚合物固态电解质膜。
本实施例中，在连接基板1的两侧涂覆活性物质的设计目的在于充分发挥电池的容量，避免空间浪费。
第一电芯单体结构2的第一正极21向外引出第一正极极耳211，第一负极22向外引出第一负极极耳221；第二电芯单体结构3的第二正极31向外引出第二正极极耳311，第二负极32向外引出第二负极极耳321；第一正极极耳211和第一负极极耳221延伸至第一电芯单体结构2的同一侧或者相对的两侧，第二正极极耳311和第二负极极耳321延伸至第二电芯单体结构3的同一侧或者相对的两侧。
具体地，第一正极极耳211和第二正极极耳311为铝箔，第一负极极耳221和第二负极极耳321为铜箔。
本实施例中，第一正极极耳211和第二负极极耳321位于连接基板1的同一侧，第二正极极耳311和第一负极极耳221位于连接基板1相对的另一侧，且第一正极极耳211与第二负极极耳321于连接基板1的投影方向不重叠也不交叉，以方便后组的组装。
本领域的技术人员应当了解，第一电芯单体结构2和第二电芯单体结构3可以不同，即第一电芯单体结构2可以包含多个第一正极21或者多个第一负极22，此时，第一正极21和第一负极22交替排列，并通过第一电解质膜23隔开。第二电芯单体结构3也可以包含多个第二负极32或者多个第二正极31，此时，第二正极31和第二负极32交替排列，并通过第二电解质膜33隔开。此时，第一电芯单体结构2内的多个第一正极21相互连接，多个第一负极22相互连接；第二电芯单体结构3内的多个第二正极31相互连接，多个第二负极32相互连接。
使用时，如果需要单一的高电压固态电池，可以将连接基板1两侧的电芯单体结构串联，即将第一电芯单体结构2的第一正极极耳211和第二电芯单体结构3的第二负极极耳321引出，将第一电芯单体结构2的第一负极极耳221和第二电芯单体结构3的第二正极极耳221隐藏在软包固态电池的铝塑膜中，进而使工作电压提升一倍。而如果只需要单体电芯工作，即正常将连接基板1两侧的电芯单体结构并联即可。
实施例2、
一种高电压内串的软包固态电池，与实施例1的区别在于，本实施例中，连接基板1的一侧直接与第一电芯单体结构2的第一正极21抵接，另一侧直接与第二电芯单体结构3的第二负极32抵接。
尽管以上详细地描述了本实用新型的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高电压内串的软包固态电池，其特征在于：包括连接基板(1)、第一电芯单体结构(2)和第二电芯单体结构(3)，所述连接基板(1)的一侧直接与第一电芯单体结构(2)的第一正极(21)或者第一负极(22)抵接，或者所述连接基板(1)的一侧涂覆正极材料层(11)或者负极材料层(12)后，对应与第一电芯单体结构(2)的第一负极(22)或者第一正极(21)通过第三电解质膜(13)连接；所述连接基板(1)的另一侧直接与第二电芯单体结构(3)的第二负极(32)或者第二正极(31)抵接，或者所述连接基板(1)的另一侧涂覆负极材料层(12)或者正极材料层(11)后，对应与第二电芯单体结构(3)的第二正极(31)或者第二负极(32)通过第四电解质膜(14)连接。
2.根据权利要求1所述的高电压内串的软包固态电池，其特征在于：所述第一电芯单体结构(2)至少包括一个所述的第一正极(21)、一个所述的第一负极(22)和位于两者之间的第一电解质膜(23)，所述第二电芯单体结构(3)至少包括一个所述的第二正极(31)、一个所述的第二负极(32)和位于两者之间的第二电解质膜(33)。
3.根据权利要求1所述的高电压内串的软包固态电池，其特征在于：所述第一电芯单体结构(2)的第一正极(21)向外引出第一正极极耳(211)，第一负极(22)向外引出第一负极极耳(221)；所述第二电芯单体结构(3)的第二正极(31)向外引出第二正极极耳(311)，第二负极(32)向外引出第二负极极耳(321)；所述第一正极极耳(211)和所述第一负极极耳(221)延伸至所述第一电芯单体结构(2)的同一侧或者相对的两侧，所述第二正极极耳(311)和所述第二负极极耳(321)延伸至所述第二电芯单体结构(3)的同一侧或者相对的两侧。
4.根据权利要求3所述的高电压内串的软包固态电池，其特征在于：所述第一正极极耳(211)和所述第二负极极耳(321)位于同一侧，所述第二正极极耳(311)和所述第一负极极耳(221)位于相对的另一侧。
5.根据权利要求2所述的高电压内串的软包固态电池，其特征在于：当所述第一电芯单体结构(2)内包括多个第一正极(21)或者多个第一负极(22)时，所述第一正极(21)和所述第一负极(22)交替排列，且所述第一正极(21)和所述第一负极(22)之间通过所述第一电解质膜(23)隔开；
和/或所述第二电芯单体结构(3)内包括多个第二正极(31)或者多个第二负极(32)时，所述第二正极(31)和所述第二负极(32)交替排列，且所述第二正极(31)和所述第二负极(32)之间通过所述第二电解质膜(33)隔开。
6.根据权利要求5所述的高电压内串的软包固态电池，其特征在于：所述第一电解质膜(23)、第二电解质膜(33)、第三电解质膜(13)、第四电解质膜(14)为厚度相同、材料相同的同一种电解质膜。
7.根据权利要求5所述的高电压内串的软包固态电池，其特征在于：所述第一电解质膜(23)、第二电解质膜(33)、第三电解质膜(13)、第四电解质膜(14)为聚合物固态电解质膜、硫化物固态电解质膜、氧化物固态电解质膜中的一种。
8.根据权利要求1所述的高电压内串的软包固态电池，其特征在于：所述正极材料层(11)的厚度为10-80um，材料V2O5、LiCoO2、LiNi1-x-yMnxCoyO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiCoMnO4、Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2或LiNi0.8Co0.15Al0.05O2中的一种或两种以上；和/或所述负极材料层(12)的厚度为10-80um，材料为Li或者其合金。
9.根据权利要求1所述的高电压内串的软包固态电池，其特征在于：所述连接基板为不锈钢片。
10.根据权利要求3所述的高电压内串的软包固态电池，其特征在于：所述第一正极极耳(211)和所述第二正极极耳(311)为铝箔；和/或所述第一负极极耳(221)和所述第二负极极耳(321)为铜箔。
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